高中物理选修3-1课件：第三章第五节《运动电荷在磁场中受到的力》.ppt

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1、运动电荷在磁场中受到的力运动电荷在磁场中受到的力既然磁场对电流有力的作用，而电既然磁场对电流有力的作用，而电流是由电荷的定向移动形成的。那么磁流是由电荷的定向移动形成的。那么磁场是否对运动电荷也有作用力呢？场是否对运动电荷也有作用力呢？【问题思考问题思考】实验：电子射线管的原理实验：电子射线管的原理从阴极发射出来电子，在阴阳两极间的从阴极发射出来电子，在阴阳两极间的高压作用下，使电子加速，形成电子束，轰高压作用下，使电子加速，形成电子束，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示电子束的运动轨迹。示电子束的运动轨迹。实验现象：实验现象： 实验结论：实验结论

2、：运动电荷在磁场中受到的作用力叫运动电荷在磁场中受到的作用力叫洛伦兹力洛伦兹力.一、洛伦兹力一、洛伦兹力运动电荷在磁场中受到的作用力叫运动电荷在磁场中受到的作用力叫洛伦兹力洛伦兹力.一、洛伦兹力一、洛伦兹力为什么磁场对通电导线有作用力？为什么磁场对通电导线有作用力？运动电荷在磁场中受到的作用力叫运动电荷在磁场中受到的作用力叫洛伦兹力洛伦兹力.安培力是洛伦兹力的安培力是洛伦兹力的宏观表现宏观表现洛伦兹力是安培力的洛伦兹力是安培力的微观本质微观本质一、洛伦兹力一、洛伦兹力为什么磁场对通电导线有作用力？为什么磁场对通电导线有作用力？vqv-q二、洛伦兹力的方向二、洛伦兹力的方向左手定则：左手定则：v

3、qFv-qF二、洛伦兹力的方向二、洛伦兹力的方向vvBvBBBv甲甲乙乙丙丙丁丁训练加固训练加固 试判断下图中的带电粒子刚进入磁场试判断下图中的带电粒子刚进入磁场 时所受的洛伦兹力的方向时所受的洛伦兹力的方向. vvFBvBBBv甲甲乙乙丙丙丁丁训练加固训练加固 试判断下图中的带电粒子刚进入磁场试判断下图中的带电粒子刚进入磁场 时所受的洛伦兹力的方向时所受的洛伦兹力的方向. vFvFBvBBBv甲甲乙乙丙丙丁丁训练加固训练加固 试判断下图中的带电粒子刚进入磁场试判断下图中的带电粒子刚进入磁场 时所受的洛伦兹力的方向时所受的洛伦兹力的方向. vFvFBvBBBv甲甲乙乙丙丙丁丁训练加固训练加固

4、试判断下图中的带电粒子刚进入磁场试判断下图中的带电粒子刚进入磁场 时所受的洛伦兹力的方向时所受的洛伦兹力的方向. F垂直于垂直于纸面向外纸面向外vFvFBvBBBv甲甲乙乙丙丙丁丁训练加固训练加固 试判断下图中的带电粒子刚进入磁场试判断下图中的带电粒子刚进入磁场 时所受的洛伦兹力的方向时所受的洛伦兹力的方向. F垂直于垂直于纸面向外纸面向外F垂直于垂直于纸面向外纸面向外vFvFBvBBBv甲甲乙乙丙丙丁丁训练加固训练加固 试判断下图中的带电粒子刚进入磁场试判断下图中的带电粒子刚进入磁场 时所受的洛伦兹力的方向时所受的洛伦兹力的方向. 心得体会心得体会F垂直于垂直于纸面向外纸面向外F垂直于垂直于

5、纸面向外纸面向外vFvFBvBBBv1. 以相同速度进入同一磁场的以相同速度进入同一磁场的正、负正、负 电荷受到的洛伦兹力方向电荷受到的洛伦兹力方向相反相反;2. 洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向垂直垂直于于v和和B组成的平面组成的平面甲甲乙乙丙丙丁丁训练加固训练加固 试判断下图中的带电粒子刚进入磁场试判断下图中的带电粒子刚进入磁场 时所受的洛伦兹力的方向时所受的洛伦兹力的方向. 心得体会心得体会F垂直于垂直于纸面向外纸面向外F垂直于垂直于纸面向外纸面向外vFvFBvBBBv1. 以相同速度进入同一磁场的以相同速度进入同一磁场的正、负正、负 电荷受到的洛伦兹力方向电荷受到的洛伦兹力方向相反相反;2

6、. 洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向垂直垂直于于v和和B组成的平面组成的平面甲甲乙乙丙丙丁丁训练加固训练加固 试判断下图中的带电粒子刚进入磁场试判断下图中的带电粒子刚进入磁场 时所受的洛伦兹力的方向时所受的洛伦兹力的方向. 心得体会心得体会 F洛洛vBF垂直于垂直于纸面向外纸面向外F垂直于垂直于纸面向外纸面向外洛伦兹力的特点：洛伦兹力的特点：1. 洛伦兹力的方向既垂直于磁场，又垂直于洛伦兹力的方向既垂直于磁场，又垂直于 速度，即垂直于速度，即垂直于v和和B所组成的平面所组成的平面洛伦兹力的特点：洛伦兹力的特点：1. 洛伦兹力的方向既垂直于磁场，又垂直于洛伦兹力的方向既垂直于磁场，又垂直于 速度，即

7、垂直于速度，即垂直于v和和B所组成的平面所组成的平面2. 洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度 的大小的大小洛伦兹力的特点：洛伦兹力的特点：1. 洛伦兹力的方向既垂直于磁场，又垂直于洛伦兹力的方向既垂直于磁场，又垂直于 速度，即垂直于速度，即垂直于v和和B所组成的平面所组成的平面2. 洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度 的大小的大小3. 洛伦兹力对电荷不做功洛伦兹力对电荷不做功洛伦兹力的特点：洛伦兹力的特点：【思考与讨论思考与讨论】 洛伦兹力大小可能会与洛伦兹力大小可能会与哪些因素有关哪些因素有关?你能从安培力的表达式导

8、出洛你能从安培力的表达式导出洛伦磁力的表达式吗？伦磁力的表达式吗？三、洛伦兹力大小三、洛伦兹力大小若有一段长度为若有一段长度为L的通电导线，横截面的通电导线，横截面积为积为S，单位体积中含有的自由电荷数为，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为每个自由电荷的电量为q，定向移动的平均速，定向移动的平均速率为率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为应强度为B的匀强磁场中。的匀强磁场中。 若有一段长度为若有一段长度为L的通电导线，横截面积的通电导线，横截面积为为S，单位体积中含有的自由电荷数为，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个，每个自由电荷

9、的电量为自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为度为B的匀强磁场中。的匀强磁场中。 推导推导 这段导体所受的安培力：这段导体所受的安培力： I的微观表达式：的微观表达式：这段导体中含有的自由电荷数：这段导体中含有的自由电荷数： 若有一段长度为若有一段长度为L的通电导线，横截面积的通电导线，横截面积为为S，单位体积中含有的自由电荷数为，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个，每个自由电荷的电量为自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强

10、，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为度为B的匀强磁场中。的匀强磁场中。 推导推导 这段导体所受的安培力：这段导体所受的安培力： I的微观表达式：的微观表达式：这段导体中含有的自由电荷数：这段导体中含有的自由电荷数：F=BIL 若有一段长度为若有一段长度为L的通电导线，横截面积的通电导线，横截面积为为S，单位体积中含有的自由电荷数为，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个，每个自由电荷的电量为自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为度为B的匀强磁场中。的匀强磁场中。 推导推导 这段导体所受

11、的安培力：这段导体所受的安培力： I的微观表达式：的微观表达式：这段导体中含有的自由电荷数：这段导体中含有的自由电荷数：F=BILI=nqsv 若有一段长度为若有一段长度为L的通电导线，横截面积的通电导线，横截面积为为S，单位体积中含有的自由电荷数为，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个，每个自由电荷的电量为自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为度为B的匀强磁场中。的匀强磁场中。 推导推导 这段导体所受的安培力：这段导体所受的安培力： I的微观表达式：的微观表达式：这段导体中含有的自由电荷

12、数：这段导体中含有的自由电荷数：F=BILI=nqsvN=nLs 若有一段长度为若有一段长度为L的通电导线，横截面积的通电导线，横截面积为为S，单位体积中含有的自由电荷数为，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个，每个自由电荷的电量为自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为度为B的匀强磁场中。的匀强磁场中。 推导推导 这段导体所受的安培力：这段导体所受的安培力： I的微观表达式：的微观表达式：这段导体中含有的自由电荷数：这段导体中含有的自由电荷数：每个自由电荷所受的洛伦兹力大小每个自由电荷所受

13、的洛伦兹力大小 ：F=BILI=nqsvN=nLs 若有一段长度为若有一段长度为L的通电导线，横截面积的通电导线，横截面积为为S，单位体积中含有的自由电荷数为，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个，每个自由电荷的电量为自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为度为B的匀强磁场中。的匀强磁场中。 推导推导 这段导体所受的安培力：这段导体所受的安培力： I的微观表达式：的微观表达式：这段导体中含有的自由电荷数：这段导体中含有的自由电荷数：每个自由电荷所受的洛伦兹力大小每个自由电荷所受的洛伦兹力大小

14、 ：F=BILI=nqsvN=nLs qvBnLSnqvSLBnLSBILnLSFf 安安 电荷量为电荷量为q的粒子以速度的粒子以速度v运动时，如果速运动时，如果速度方向与磁感应强度方向垂直，那么粒子所受度方向与磁感应强度方向垂直，那么粒子所受的洛伦兹力为：的洛伦兹力为：qvBF 洛洛(v垂直垂直B） 问题问题若带电粒子不垂直射入磁场，电子若带电粒子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢？受到的洛伦兹力又如何呢？v B 电荷量为电荷量为q的粒子以速度的粒子以速度v运动时，如果速运动时，如果速度方向与磁感应强度方向垂直，那么粒子所受度方向与磁感应强度方向垂直，那么粒子所受的洛伦兹力为：的洛伦

15、兹力为：qvBF 洛洛(v垂直垂直B） 问题问题若带电粒子不垂直射入磁场，电子若带电粒子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢？受到的洛伦兹力又如何呢？ sinqvBF 洛洛B BF洛洛vB 为为B和和v之间之间的夹角的夹角 BvB 当运动电荷的速度当运动电荷的速度v方向与磁感应强方向与磁感应强度度B方向的夹角为方向的夹角为 ，电荷所受的洛伦兹力，电荷所受的洛伦兹力大小为：大小为： sinqvBF 洛洛(vB）(vB）特例特例:qvBF 洛洛0 洛洛F上式中各量的单位：上式中各量的单位：F洛为洛为N，q为为C，v为为m/s，B为为T课堂练习课堂练习电子的速率电子的速率v=3.0106m/s

16、，沿着，沿着与磁场垂直的方向射入与磁场垂直的方向射入B=0.10T的匀强的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？课堂练习课堂练习电子的速率电子的速率v=3.0106m/s，沿着，沿着与磁场垂直的方向射入与磁场垂直的方向射入B=0.10T的匀强的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？4.810-14N 课堂练习课堂练习v来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将在进入地球周围的空间时，将( )A. 竖直向下沿直

17、线射向地面竖直向下沿直线射向地面B. 相对于预定地面向东偏转相对于预定地面向东偏转C. 相对于预定点稍向西偏转相对于预定点稍向西偏转D. 相对于预定点稍向北偏转相对于预定点稍向北偏转来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将在进入地球周围的空间时，将( )A. 竖直向下沿直线射向地面竖直向下沿直线射向地面B. 相对于预定地面向东偏转相对于预定地面向东偏转C. 相对于预定点稍向西偏转相对于预定点稍向西偏转D. 相对于预定点稍向北偏转相对于预定点稍向北偏转 v课堂练习课堂

18、练习B洛伦兹力和电场力的区别：洛伦兹力和电场力的区别：洛伦兹力和电场力的区别：洛伦兹力和电场力的区别：1. 电荷在电场中一定受到电场力的作电荷在电场中一定受到电场力的作用，与其运动状态无关；而电荷在磁场中不用，与其运动状态无关；而电荷在磁场中不一定受到磁场力作用，只有相对于磁场运动一定受到磁场力作用，只有相对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受磁且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受磁场力作用。场力作用。洛伦兹力和电场力的区别：洛伦兹力和电场力的区别：1. 电荷在电场中一定受到电场力的作电荷在电场中一定受到电场力的作用，与其运动状态无关；而电荷在磁场中不用，与其运动状态无关；而电荷在磁

19、场中不一定受到磁场力作用，只有相对于磁场运动一定受到磁场力作用，只有相对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受磁且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受磁场力作用。场力作用。2. 大小：大小：F电电Eq，F洛洛=Bqvsin 。洛伦兹力和电场力的区别：洛伦兹力和电场力的区别：3.电荷所受电场力方向总是平行于电场电荷所受电场力方向总是平行于电场线的切线方向；而电荷所受磁场力的方向总线的切线方向；而电荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于运动方向。是既垂直于磁场方向，又垂直于运动方向。洛伦兹力和电场力的区别：洛伦兹力和电场力的区别：3.电荷所受电场力方向总是平行于电场电荷所受电场力方

20、向总是平行于电场线的切线方向；而电荷所受磁场力的方向总线的切线方向；而电荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于运动方向。是既垂直于磁场方向，又垂直于运动方向。4.电场力要对运动电荷做功（电荷在等电场力要对运动电荷做功（电荷在等势面上运动除外）；而电荷在磁场中运动势面上运动除外）；而电荷在磁场中运动时，磁场力一定不会对电荷做功。时，磁场力一定不会对电荷做功。原理：原理：应用电子束磁偏转的道理应用电子束磁偏转的道理四、电视显像管的工作原理四、电视显像管的工作原理四、电视显像管的工作原理四、电视显像管的工作原理思思考考与与讨讨论论原理：原理：应用电子束磁偏转的道理应用电子束磁偏转的道理四、

21、电视显像管的工作原理四、电视显像管的工作原理在图所示的平行板之间，电场强度在图所示的平行板之间，电场强度E和磁和磁感应强度感应强度B相互垂直，具有不同水平速度的带相互垂直，具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器叫做速度选择器.若带正电粒子入射速度若带正电粒子入射速度则下列说法正确的是则下列说法正确的是( )课堂练习课堂练习,BEv + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - BE+q课堂练

22、习课堂练习A. 粒子动能一定增加，电场力做正功粒子动能一定增加，电场力做正功B. 粒子所受洛伦兹力一定增大，洛伦兹粒子所受洛伦兹力一定增大，洛伦兹力做正功力做正功C. 粒子动能一定减少，洛伦兹力不做功粒子动能一定减少，洛伦兹力不做功D. 电场力不做功，洛伦兹力做正功电场力不做功，洛伦兹力做正功+ + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - BE+q课堂练习课堂练习答案答案 AA. 粒子动能一定增加，电场力做正功粒子动能一定增加，电场力做正功B. 粒子所受洛伦兹力一定增大，洛伦兹粒子所受洛伦兹力一定增大，洛伦兹力做正功力做正功C. 粒子动能一定减少

23、，洛伦兹力不做功粒子动能一定减少，洛伦兹力不做功D. 电场力不做功，洛伦兹力做正功电场力不做功，洛伦兹力做正功+ + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - BE+q小结：小结：洛伦兹力：洛伦兹力：小结：小结：洛伦兹力：洛伦兹力：1. 定义：磁场对运动电荷的作用力定义：磁场对运动电荷的作用力 （注：通电导线在磁场中所受安培力是（注：通电导线在磁场中所受安培力是 洛伦兹力的宏观表现）洛伦兹力的宏观表现）小结：小结：洛伦兹力：洛伦兹力：1. 定义：磁场对运动电荷的作用力定义：磁场对运动电荷的作用力 （注：通电导线在磁场中所受安培力是（注：通电导线在磁场中所受安培力是 洛伦兹力的宏观表现）洛伦兹力的宏观表现）2. 方向判断方向判断左手定则左手定则小结：小结：洛伦兹力：洛伦兹力：1. 定义：磁场对运动电荷的作用力定义：磁场对运动电荷的作用力 （注：通电导线在磁场中所受安培力是（注：通电导线在磁场中所受安培力是 洛伦兹力的宏观表现）洛伦兹力的宏观表现）2. 方向判断方向判断左手定则左手定则3. 大小计算大小计算 f=qvBsin 考一本考一本 第三章第五节第三章第五节作作 业业